Krafter i olika riktningar
- Kompressionskraft
- Dragkraft (tension)
- Skjuvkraft
- Vridkraft (torsion)
- Böjning
Newtons principer
För att förstå styrkorna och deras effekter på människors rörelse, hjälper det att veta de fysiska lagar som formulerats av Sir Isaac Newton som styr rörelsen av alla objekt;
Inertia: Allting i samma hastighet och riktning så länge ingen kraft verkar på det. Med andra ord, kraften som krävs för att starta ett föremål i rörelse och för att Fäste: Mediala övre hörnet på scapula motverka eller stoppa ett objekt som redan är i rörelse. En kropps inertia är proportionell mot dess Funktion: Lyfter skuldergördeln massa. Till exempel om du lyfter vikter, kräver en tyngre vikt mer kraft både att sätta det i rörelse och för att bromsa eller stoppa dess rörelse än ett lätt gör.
Acceleration och momentum; F=ma Kraften är beroende av massan och accelerationen. Denna lag anger att kraften (F) som verkar på en kropp som rör sig i en given riktning är lika med kroppens massa (m) multiplicerat med kroppens acceleration (a): F = ma.
Från detta kan man se att acceleration av en kropp är proportionell mot storleken av den kraft som används: a = F / m. Så kroppens acceleration beror på hur hårt du trycker den, dividerat med dess massa. Ju hårdare du trycker eller drar något, desto snabbare kommer det att accelerera i riktning med kraften. Den andra lagen avser även en kropps fart. Linjär eller rörelsemängdsmoment är mängden av rörelse som en rörlig kropp har och är lika med dess massa gånger dess hastighet. Detta innebär att en kropps rörelsemängd kan öka genom att öka dess massa eller öka dess hastighet. Så när man lyfter en 10 kg vikt och sedan en 20kg vikt på samma hastighet kommer 20kg vikten ha mer fart. Att lyfta ett 10kg vikt med hög hastighet kräver mer kraft än att lyfta samma vikt vid en lägre hastighet, även om resistansen är densamma. Desto mer momentum ökar, desto mer kraft krävs också för att stoppa eller ändra riktning. Momentum kan vara en positiv kraft när man spelar sporter som fotboll där spelarna tävlar ner fältet och hoppas motståndarna inte kan matcha deras fart. Men i en progressiv fitness-utbildning måste din egen kropp kunna stoppa den fart du skapar. Överdriven fart kan orsaka skador, speciellt när man arbetar med vikter bör styrketräning utföras med hastigheter som är under fullständig muskelkontroll. Med andra ord, om du “fuskar” genom att initiera en rörelse med fart från en kroppsdel än det du fokuserar på kan drivkraften i den rörliga roterar nacke/huvud. vikten vara större än muskelns förmåga att bromsa och stoppa den.
Aktions-reaktionsprincipen; Alla krafter som verkar på ett föremål i vila, motverkas av en lika stor motsatt kraft. Således, för varje handling finns en likvärdig och motsatt reaktion. Denna lag gäller för krafter som kroppen måste absorberar under aktiviteter som löpning, hopp och hög genomslagskraft aerobics. Överanvändning och stress skador kan bli följden av axelleden kroppens oförmåga att stå emot stötar och reaktionskrafter. Påverkan på fötter och kroppen ökar snabbt, särskilt i större personer eller under aktiviteter med hög acceleration. Landnings kraften är kroppens massa (m) gånger dess ökad acceleration (a). Kroppen utövar en kraft (m × a) på jorden, jorden utövar en lika stor reaktiv kraft på kroppen som måste avledas genom sina stötdämpande strukturer. Skador sker ofta när kroppen är felriktad, så att krafterna inte är jämnt fördelade, eller koncentrerade i de vävnader som inte är avsedda att absorbera så starka krafter. Detta ytterligare förklarar varför överanvändning och stress skador kan också uppstå i träning med vikter där hög fart är en faktor: kraften av vävnader som deltar i att stoppa rörelsen måste matcha viktens massa och kroppens segment massa multiplicerat med accelerationen av vikten och kropps segmentet.
Exempel på hävarms system i kroppen
X = Rotationsaxeln
F (Biceps förkortning) = Drivkraft
R (Vikt i handen) = Motståndskraft
Fa (Biceps kraft × längden mellan biceps fäste från rotationsaxeln) = Drivkraftens hävarm
Ra (Vikt × distans från rotationsaxeln) = Motstånds hävarm
När en kraft verkar på en hävarm på något avstånd från rotationsaxeln blir resultatet ett vrid effekt. Denna vridning kallas drivmoment. Storleken av drivmomentet hittas genom att multiplicera den mängd kraft av längden hos hävarmen (vinkelräta avståndet från rotationsaxeln). Därför är F × Fa vridmomentet hos drivkraften (Biceps), och R × Ra är vridmomentet hos motståndet. Rotation sker i riktningen som har större vridmoment.
Exempel uträkning drivmoment
En klient som håller en vikt i hans eller hennes hand uppmanas att hålla det stadigt i 90 graders vinkel flexion i armbågsled. Kraften från vikten och armsegmentet anses vara 10 kg. Armbågs flexorerna anses verka på ett vinkelrätt avstånd från armbågsleden av 5 cm. Hävarmens längd (vikt + armsegmentet) är 38 cm. Vad är vridmomentet av armbågens flexorer i ett balanserat system?
För att beräkna vridmoment av armbågens flexorer använd följande ekvation:
R × Ra = F × Fa
10 kg × 38 cm = 380 kg-cm
I balanserat system skulle vridmomentet hos motståndet och vridmomentet av armbågens flexorer vara lika med 380 kg-cm.
För att besvara frågan om hur mycket kraft som måste skapas för att hålla 10 kg vikten stadigt, lös för F:
Rx × Ra = F × Fa
10 kg × 38 cm = F × 5 cm
380 kg-cm = F × 5 cm
380 kg-cm / 5 cm = F
F = 76 kg
R = Resistance, Ra = motståndsarmen, F = drivkraft; Fa = kraft armen
Muskelns kraftproduktion
Längd-spänning förhållandet
Fig. 1 Length-tension relationship. Hur muskeln genererar kraft beroende på dess aktuella längd.
Muskel längd-spänning förhållandet
Muskel längd-spänning förhållandet är förhållandet mellan längden av fibern och den kraft som fibern producerar vid denna längd. Denna längd hänvisar till längden av en isolerad fiber och är beroende av positionen för aktin och myosin filament i sarkomerer som visas i bilden ovan.
Kraft-Hastighetskurvan
Fig. 2 Force-velocity relationship. Hur muskeln genererar kraft i förhållande till kontraktionshastighet och typ av kontraktion.
Kraft-hastighetskurvan som visas ovan illustrerar uppträdandet av isolerade muskelfibrer. Medan de flesta människor antar att detta förhållande är bevarat i muskel-/sensystemsegment i kroppen, är det faktiskt mycket mer komplicerat än så. Till exempel finns det bevis i vissa rörelser som samtidigt som den totala muskelns längd ökar (ser ut att vara en excentrisk kontraktion), muskelfibrerna i själva verket upphandlande koncentriskt (förkortning), med skillnaden görs upp i förlängning av den icke-kontraktila delar av muskeln (sena och bindvävshinna). Eftersom kraftproduktionen till stor del påverkas av dessa strukturer blir verkligheten mer komplex än det klassiska kraft-hastighetsförhållandet.
Muskler och kraft produktion
Antalet och storleken på muskelfibrer, fibrernas typ och utformning samt neurologisk träning och rekrytering är alla faktorer som påverkar en muskels förmåga att skapa kraft. Det finns flera typer av muskelarrangemang, inklusive penniform (unipennate, bipennate, multipennate) och longitudinella (fusiform) muskler. Penniforma muskler är utformade för högre kraftproduktion än longitudinella muskler. De flesta muskler i kroppen är penniforma, där fibrerna ligger snett i relation till dragets riktning, som vanligtvis betraktas som en rak linje mellan muskelns två fästpunkter.
Penniforma muskler tillåter ett större antal fibrer att packas i en viss tvärsnittsarea, vilket gör det möjligt för fler fibrer att bidra till kraftproduktionen. Quadriceps är ett exempel på en penniform muskel som kan producera betydande mängder kraft, och dess fästpunkter är relativt långt från de rörliga lederna.
Längsgående muskler är långa och smala med parallella fibrer som löper i samma riktning som muskeln. Denna typ av arrangemang möjliggör snabba kontraktioner, men eftersom tvärsnittet är litet är kontraktionskraften begränsad. Sartorius och Rectus Abdominis är exempel på längsgående muskler.
Anatomiska, fysiologiska och biomekaniska faktorer är viktiga för att bestämma lämpligt motstånd för en klient och när man utformar träningsprogram. Muskelns struktur ger mycket information om dess primära funktion och hur den bör tränas.